CN115505212A - 一种聚丙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种聚丙烯复合材料及其制备方法，由以下组分按照重量份制备而成：聚丙烯39‑49份，玻璃纤维10‑30份，改性滑石粉10‑15份，改性石英微粉10‑30份，相容剂1‑6份，聚乙烯1‑10份，引发剂0.1‑1份，加工助剂0.5‑2份。发明创造性地将表面接枝改性后的滑石粉、石英微粉与低介电玻璃纤维复配使用，最大程度上保证材料力学性能的同时，也保证了材料的低介电属性。将表面接枝改性后的滑石粉、石英微粉与低介电玻璃纤维复配使用，最大程度上保证材料力学性能的同时，也保证了材料的低介电属性。

Description

一种聚丙烯复合材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及高分子材料技术领域，具体是一种聚丙烯复合材料及其制备方法。

背景技术

聚丙烯作为通用塑料之一，具有良好的机械强度、化学稳定性、不易吸水、耐溶剂、较好的成型加工性能以及综合成本较低等诸多优点，被广泛应用于汽车、家电以及电子电器等领域，在塑料中占有重要地位。而且由于其较低的介电性能，近年来也被广泛应用于通信工程中。

随着时代的发展，信息传递不断采用高频信号，因而对材料的介电常数以及损耗因子要求越来越高；天线阵子的塑料面板部件，不仅承担高频信号的传输，而且其内部电镀了极其复杂的线路，承担了极其重要的电路信息传递作用；因而对材质的线性膨胀系数要求非常高，否则因温度的变化，会对电路产生影响。传统一般采用PPO材料，但PPO材料存在加工温度高，流动性差，不耐溶剂以及成本高等缺陷问题，因而本发明提供一种生产工艺简单PP材质的低介电性能、低线性膨胀系数玻纤增强聚丙烯复合材料具有重要意义。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种聚丙烯复合材料及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题，将表面接枝改性后的滑石粉、石英微粉与低介电玻璃纤维复配使用，最大程度上保证材料力学性能的同时，也保证了材料的低介电属性。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明一方面公开了一种聚丙烯复合材料，其由以下组分按照重量份制备而成：

作为本发明进一步的方案：所述玻璃纤维为低介电玻璃纤维，2.5GHz条件下介电损耗Df不大于0.0025。

作为本发明进一步的方案：所述聚丙烯为共聚聚丙烯或均聚聚丙烯中的至少一种；所述相容剂为马来酸、丙烯酸、马来酸酐、丙烯酸缩水甘油酯、乙烯-丁烯共聚物和乙烯-丁烯共聚物中的至少一种；所述聚乙烯为线性低密度聚乙烯、低密度聚乙烯、高密度聚乙烯中的至少一种；所述引发剂为过氧化二已丙苯、过氧化二叔丁基、过氧化苯甲酸叔丁酯中的至少一种；所述加工助剂为抗氧剂、色母、润滑剂、耐UV剂中至少一种。

作为本发明进一步的方案：所述改性滑石粉的制备方法如下：

S1、将充分干燥的滑石粉加入第一溶液中升温至80℃恒温搅拌2小时，得悬浮液A；所述第一溶液由硅烷偶联剂、乙醇、水按照重量比(5-25)：(55-45)：(40-30)配制而成；

S2、取第二溶液滴加至所述悬浮液A中，搅拌并继续反应两小时，干燥后即得改性滑石粉；所述第二溶液由引发剂、丙烯酸酯单体、丙酮、水按照重量比(0.1-1)：(1-5)：(10-50)：(89-44)配制而成。

作为本发明进一步的方案：所述改性石英微粉的制备方法如下：

S1、取充分干燥的石英微粉加入如权利要求4的第一溶液中，在80℃条件下搅拌2小时，得悬浮液B；

S2、取如权利要求4的第二溶液滴加至所述悬浮液B中，搅拌并继续反应2小时，干燥后即得改性石英微粉。

作为本发明进一步的方案：所述滑石粉与第一溶液的重量比为1：5；所述第二溶液与悬浮液A的重量比为2：1。

作为本发明进一步的方案：所述石英微粉与第一溶液的重量比为1：5；所述第二溶液与悬浮液B的重量比为2：1。

作为本发明进一步的方案：所述丙烯酸酯单体为丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸正丙酯、丙烯酸环己酯、丙烯酸月桂酯、丙烯酸-2-乙基乙酯、丙烯酸-2-羟基乙酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸酯丁酯、甲基丙烯酸2-乙基己酯、甲基丙烯酸-2-羟基乙酯、甲基丙烯酸-2-羟基丙酯、甲基丙烯酸月桂酯、甲基丙烯酸-2-羟基丙酯中的至少一种。

作为本发明进一步的方案：所述石英微粉在2.5GHz条件下的介电损耗Df不大于0.0002。

本发明另一方面公开了如上述任一项所述的一种聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：

将除玻璃纤维以外的组分加入高速搅拌机中混合均匀，得到混合料；将所述混合料从主喂料口加入双螺杆挤出机中剪切熔融；并通过侧喂料口将玻璃纤维添加到双螺杆挤出机中；两者体系熔融挤出得低介电性能、低线性膨胀系数聚丙烯复合材料粒子；

所述双螺杆挤出机的转速为400r/min，从加料口一区到十区温度分别为：200℃、210℃、210℃、220℃、220℃、210℃、210℃、210℃、210℃、220℃。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明创造性地将表面接枝改性后的滑石粉、石英微粉与低介电玻璃纤维复配使用，最大程度上保证材料力学性能的同时，也保证了材料的低介电属性。

(2)在熔融加工挤出过程中，本发明材料中利用引发剂与聚乙烯单体形成交联反应，将改性之后的滑石粉、石英微粉以及玻璃纤维固定在所形成的网络结果中，从而有效提高材料的线性膨胀系数，从而使得在高低温循环变化中，制件具有非常好的尺寸稳定性。

(3)本发明所制备的聚丙烯复合材料，可在天线阵子中替代传统MPPO材料使用，可有效降低制品注塑成型温度，以及成型工艺难度，缩短成型周期，并具备比MPPO更低的介电损耗性能。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将结合具体的实施例对本发明进行更全面的描述。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。

以下实施例和对比例中采用的原料具体信息如下：

聚丙烯，选用共聚聚丙烯，牌号EP246P，购自巴赛尔；

聚乙烯，牌号HDPE DMDA8008，购自兰州石化；

石英微粉，牌号DRG2500，购自江苏联瑞；

滑石粉，牌号LAmax C05，购自旭丰；粒径为1-50um；

玻璃纤维，牌号TLD-CS10-3.0-T435TM，购自泰山玻纤；

相容剂，选用马来酸酐相容剂，牌号CA100，购自法国阿科玛；

引发剂，选用DCP，购自法国阿科玛；

抗氧剂，牌号1010，购自巴斯夫；

硅烷偶联剂，选用KH550，购自东莞市鼎海塑胶化工；

抗氧剂，牌号168，购自巴斯夫；

润滑剂，牌号TAF，购自兴泰国光；

所有材料均为市售常规常用产品。

可以理解的是，以上原料试剂仅为本发明一些具体实施方式的示例，使得本发明的技术方案更加清楚，并不代表本发明仅能采用以上试剂，具体以权利要求书中的范围为准。此外，实施例和对比例中所述的“份”，如无特别说明，均指重量份。

第一溶液按照以下方法制备：

取5L硅烷偶联剂KH550与蒸馏水、乙醇按重量比10：50：40混合均匀，形成第一溶液。

第二溶液按照以下方法制备：

引发剂DCP、丙烯酸单体、丙酮、水按照重量比0.5：2：30：68混合均匀，形成第二溶液。

改性滑石粉按照以下方法制备：

取0.2kg第一溶液与1Kg充分干燥的滑石粉混合，在80℃条件下持续搅拌2h，得到悬浮液A；取2Kg第二溶液滴加到悬浮液A中，搅拌并持续反应2h，干燥后得到表面支化的改性滑石粉。

改性石英微粉按照以下方法制备：

取0.2kg第一溶液与1Kg充分干燥的石英微粉混合，在80℃条件下持续搅拌2h，得到悬浮液B；取2Kg第二溶液滴加到悬浮液B中，搅拌并持续反应2h，干燥后得到表面支化的改性石英微粉。

按照表1各组分配比称取玻璃纤维、改性滑石粉、改性石英微粉、相容剂、聚丙烯、聚乙烯、引发剂、抗氧剂、润滑剂，将除玻璃纤维以外的组分加入高速搅拌机中混合均匀，得到混合料；将所述混合料从主喂料口加入双螺杆挤出机中剪切熔融；并通过侧喂料口将玻璃纤维添加到双螺杆挤出机中；两者体系熔融挤出得低介电性能、低线性膨胀系数聚丙烯复合材料粒子。该双螺杆挤出机的转速为400r/min，从加料口一区到十区温度分别为：200℃、210℃、210℃、220℃、220℃、210℃、210℃、210℃、210℃、220℃。

表1实施例1-3和对比例1-5中各组分配比

将实施例1 3和对比例1 5制得的复合材料颗粒注塑制样后进行测试，具体测试项目和方法如下：

密度测试：按ISO 1183 1，常温23℃条件下测试。

力学性能测试：拉伸强度按ISO 527测试，弯曲强度、弯曲模量按ISO 178测试，悬臂梁缺口冲击强度按ISO 180测试；均在常温23℃条件下测试。

介电测试：按照SPDR法，测试频率2.5GHz。

线性膨胀系数(CLTE)测试：按ISO 11359-2,进行测试，测试温度-40～130℃。

检测结果如表2所示：

表2检测结果

结合表1和表2数据进行分析：

从实施例1-3的数据来看，针对最终复合材料不同填充体系，本发明的优化配方样品具有较高的机械性能和抗冲击强度，以及较低的介电常数与介电损耗，同时具备较低的线性膨胀系数。综合对比实施例1与对比例1，实施例2与对比例2，实施例3与对比例3可以看出，实施例1-3中机械性能明显高于对比例1-3，但是线性膨胀系数明显低于对比例1-3，这是由于经过表面接枝改性滑石粉与石英微粉，增加了其无机粒子自身与树脂的相容性，提高材料的机械强度。另一方面在挤出造粒过程中，在引发剂与聚乙烯的作用下，更易与无机粒子反应形成交联网状结构，从而有效降低材料的线性膨胀系数，提高制品尺寸稳定性。综合对比实施例2与对比例4以及对比例5可以看出，在缺乏聚乙烯或引发剂条件下，树脂体系无法在挤出成型过程中形成交联网络结构，从而使得机械性能降低，线性膨胀系数增大。

综合对比实施例2与对比例6以及对比例7可以看出，当将无机粒子全部替换成改性滑石粉时，虽然机械性能强度有所提高，线性膨胀系数有所降低，但是材料的介电常数与介电损耗均明显上升；当将无机粒子全部替换成改性石英微粉，虽然介电常数与介电损耗明显降低，但是机械性能也明显降低，同时造成线性膨胀系数增大，因而在改性滑石粉与改性石英微粉的协同作用下，可达到最优性能，这是由于滑石粉为片层结构，可改善材料的机械性能与线性膨胀系数，但介电性能比石英微粉偏高；而石英微粉为角型或球型结构，对材料机械性能的提高没有滑石粉优越，但其自身的介电性能较优。

本发明所记载的任何范围包括端值以及端值之间的任何数值以及端值或者端值之间的任意数值所构成的任意子范围。

虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

故以上所述仅为本申请的较佳实施例，并非用来限定本申请的实施范围；即凡依本申请的权利要求范围所做的各种等同变换，均为本申请权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种聚丙烯复合材料，其特征在于，其由以下组分按照重量份制备而成：

2.根据权利要求1所述的一种聚丙烯复合材料，其特征在于，所述玻璃纤维为低介电玻璃纤维，2.5GHz条件下介电损耗Df不大于0.0025。

3.根据权利要求1所述的一种聚丙烯复合材料，其特征在于，所述聚丙烯为共聚聚丙烯或均聚聚丙烯中的至少一种；所述相容剂为马来酸、丙烯酸、马来酸酐、丙烯酸缩水甘油酯、乙烯-丁烯共聚物和乙烯-丁烯共聚物中的至少一种；所述聚乙烯为线性低密度聚乙烯、低密度聚乙烯、高密度聚乙烯中的至少一种；所述引发剂为过氧化二已丙苯、过氧化二叔丁基、过氧化苯甲酸叔丁酯中的至少一种；所述加工助剂为抗氧剂、色母、润滑剂、耐UV剂中至少一种。

4.根据权利要求1所述的一种聚丙烯复合材料，其特征在于，所述改性滑石粉的制备方法如下：

S1、将充分干燥的滑石粉加入第一溶液中升温至80℃恒温搅拌2小时，得悬浮液A；所述第一溶液由硅烷偶联剂、乙醇、水按照重量比(5-25)：(55-45)：(40-30)配制而成；

S2、取第二溶液滴加至所述悬浮液A中，搅拌并继续反应两小时，干燥后即得改性滑石粉；所述第二溶液由引发剂、丙烯酸酯单体、丙酮、水按照重量比(0.1-1)：(1-5)：(10-50)：(89-44)配制而成。

5.根据权利要求4所述的一种聚丙烯复合材料，其特征在于，所述改性石英微粉的制备方法如下：

S1、取充分干燥的石英微粉加入如权利要求4的第一溶液中，在80℃条件下搅拌2小时，得悬浮液B；

S2、取如权利要求4的第二溶液滴加至所述悬浮液B中，搅拌并继续反应2小时，干燥后即得改性石英微粉。

6.根据权利要求4所述的一种聚丙烯复合材料，其特征在于，所述滑石粉与第一溶液的重量比为1：5；所述第二溶液与悬浮液A的重量比为2：1。

7.根据权利要求5所述的一种聚丙烯复合材料，其特征在于，所述石英微粉与第一溶液的重量比为1：5；所述第二溶液与悬浮液B的重量比为2：1。

8.根据权利要求1所述的一种聚丙烯复合材料，其特征在于，所述丙烯酸酯单体为丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸正丙酯、丙烯酸环己酯、丙烯酸月桂酯、丙烯酸-2-乙基乙酯、丙烯酸-2-羟基乙酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸酯丁酯、甲基丙烯酸2-乙基己酯、甲基丙烯酸-2-羟基乙酯、甲基丙烯酸-2-羟基丙酯、甲基丙烯酸月桂酯、甲基丙烯酸-2-羟基丙酯中的至少一种。

9.根据权利要求1所述的一种聚丙烯复合材料，其特征在于，所述石英微粉在2.5GHz条件下的介电损耗Df不大于0.0002。

10.如权利要求1-10任一项所述的一种聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

将除玻璃纤维以外的组分加入高速搅拌机中混合均匀，得到混合料；将所述混合料从主喂料口加入双螺杆挤出机中剪切熔融；并通过侧喂料口将玻璃纤维添加到双螺杆挤出机中；两者体系熔融挤出得低介电性能、低线性膨胀系数聚丙烯复合材料粒子；

所述双螺杆挤出机的转速为400r/min，从加料口一区到十区温度分别为：200℃、210℃、210℃、220℃、220℃、210℃、210℃、210℃、210℃、220℃。